Met highspeed naar het nieuwe biotherapeuticum

Kultivierung von Klonen in 96-Well Platten während der Entwicklung von Zelllinien. (Quelle: UGA Biopharma GmbH) / Cultivation of clones in 96-well plates during cell line development. (Quelle: UGA Biopharma GmbH)

Test van hoogproductieve cellijnen in bioreactoren. (Bron: UGA Biopharma GmbH)

Testen van zeer productieve cellijnen in bioreactoren. (Bron: UGA Biopharma GmbH)

Entwicklung von Aufreinigungsprozessen für Biologika. (Quelle: UGA Biopharma GmbH) / Developing purification processes for biologics. (Quelle: UGA Biopharma GmbH)

„Unser Ziel ist es, dass alle Biologika an ihrem Bestimmungsort in derselben Qualität produziert werden kann, wie bei uns im Labor. Dazu gehören neben einer stabilen monoklonalen Zelllinie auch das First CHOice Medium sowie der Herstellungs- und der Aufreinigungsprozess“, erklärt Dr. Lars Kober, Geschäftsführer der UGA Biopharma GmbH. (Quelle: UGA Biopharma GmbH) / „Het is ons doel dat alle biologica op hun bestemming worden geproduceerd met dezelfde kwaliteitsnorm als in ons laboratorium. Dit omvat niet alleen een stabiele monoklonale cellijn, maar ook het First CHOice-celmengsel en het productie- en zuiveringsproces“, legt Dr. Lars Kober uit, algemeen directeur van UGA Biopharma GmbH. (Bron: UGA Biopharma GmbH)

Bij veel auto-immuunstoornissen, kanker- en chronisch-ontstekingsziekten zoals bijvoorbeeld reumatoïde artritis tonen de in levende cellen geproduceerde biologica een hoog genezingspotentieel, waardoor ze steeds vaker worden toegepast. Maar de weg van het laboratorium naar grootschalige productie is bij biopharmaceutica veel ingewikkelder dan bij conventionele geneesmiddelen: Ze bestaan anders dan hun chemisch vervaardigde tegenhangers uit hoogcomplexe moleculen en reageren tijdens de productie uiterst gevoelig op schommelingen zoals temperatuur, pH-waarde of de samenstelling van het voedingsmedium. Bovendien zijn tijdrovende analyses tijdens de ontwikkeling van de cellijnen noodzakelijk om later de vereiste hoge productkwaliteit te kunnen garanderen. Om het productieproces te versnellen zonder kwaliteitsverlies te vrezen, biedt de contractontwikkelaar UGA Biopharma GmbH een highspeed-ontwikkeling van cellijnen inclusief analyse, zuivering en bioprocessontwikkeling in de bioreactor aan. Door gebruik te maken van een geoptimaliseerde expressieve vector kan een hoge productiviteit van de klonen worden bereikt. Zo kunnen binnen slechts vier maanden monoklonale en hoogproductieve cellijnen worden ontwikkeld.

De productie van biologica op basis van genetisch gemodificeerde, levende cellen in bioreactoren is uiterst arbeidsintensief en de aard van de klonen en de kwaliteit van de geproduceerde therapieën hangen van veel factoren af. Kleinste schommelingen, bijvoorbeeld in de zuurstofvoorziening of de temperatuur in de fermenter, kunnen de productkwaliteit negatief beïnvloeden, waardoor het therapeutische middel aan het einde mogelijk onbruikbaar wordt en de financiële verliezen voor de producent daardoor hoog uitvallen. Om deze reden let UGA Biopharma GmbH bij de ontwikkeling van nieuwe cellijnen bijzonder op de productiviteit, stabiliteit en kwaliteit van de klonen. Dankzij de speciaal op elkaar afgestemde processen en de jarenlange ervaring heeft het bedrijf slechts zeven maanden nodig voor de ontwikkeling van de cellijn, inclusief bioprocessontwikkeling, ontwikkeling van een zuiveringsproces en het gelijktijdig leveren van alle benodigde analytische gegevens.

Van idee tot productiecellenlijn

Het werk van UGA Biopharma begint met een biomolecuul: “Wanneer in het kader van een onderzoeksproject aan een universiteit of in een bedrijf een biomolecuul met therapeutische werking wordt geïdentificeerd, is dat weliswaar een interessante ontdekking – maar nog lang geen product. Vaak beschikken onderzoeksinstellingen en bedrijven niet over de benodigde knowhow of capaciteit om interessante ontdekkingen snel om te zetten in een biotherapeutisch product (ook biologica genoemd)”, legt Dr. Lars Kober, directeur van UGA Biopharma GmbH, uit. “Hier komen contractontwikkelaars zoals wij in beeld: wij ontwikkelen hoogproductieve cellijnen die het gewenste biotherapeutische middel met hoge opbrengst produceren.” Hiervoor moet eerst het molecuul worden gekarakteriseerd om de gewenste producteigenschappen en het zogenaamde Gene of Interest (GOI) te bepalen, dat vervolgens in de eigen expressieve vector wordt ingebracht. “We hebben de expressieve vector en de generatie van cellijnen in de loop der jaren zo geoptimaliseerd dat we in korte tijd hoogproductieve, stabiele productiezellijnen kunnen creëren, waarmee productconcentraties tot 7 g/L kunnen worden bereikt”, voegt Kober toe.

In de afgelopen jaren heeft zich daarbij een Chinese hamsterovarium (CHO) cel als bijzonder geschikt bewezen. Tijdens de ontwikkeling van de cellijn wordt in deze CHO-cel de expressieve vector ingebracht, waardoor een mengsel van cellen met verschillende eigenschappen ontstaat. Via enkelcels- kloonering worden hieruit hoogproductieve monoklonale cellijnen (klonen) geïsoleerd, gekweekt en celbanken voor langdurige opslag bij -196 °C aangelegd.

De zoektocht naar de juiste kloon

“Farmaceutische bedrijven hebben doorgaans talloze eisen aan de geïsoleerde cellijnen, zoals schaalbaarheid, monoklonaliteit en natuurlijk een hoge productiviteit en kloonstabiliteit”, legt Kober uit. “Daarnaast mogen de geproduceerde biologica geen immunogene reacties bij de patiënt veroorzaken en mogen de productiezellijnen niet besmet zijn met virussen of mycoplasma’s.” Om deze redenen houdt het bedrijf zich aan de richtlijnen van het Europees Geneesmiddelenbureau (EMA), dat verantwoordelijk is voor de beoordeling en toezicht op geneesmiddelen. Tijdens het ontwikkelingsproces voert het bedrijf ook glykananalyses uit om vroegtijdig waardevolle informatie te verkrijgen voor de selectie van veelbelovende klonen.

De geïsoleerde klonen worden in de volgende stap uitgebreid: “Normaal gesproken worden de cellen hiervoor in het laboratorium gekweekt, dus in een schudflacon. Veel contractontwikkelaars laten het daarbij”, aldus Kober. Om er echter zeker van te zijn dat de cellijnen schaalbaar zijn, voeren de laboratoriummedewerkers vervolgens een procesoverdracht uit in bioreactoren en bepalen hieruit een geschikt bioproces.

“Maar de ,beste’ cellijn heeft voor farmaceutische bedrijven weinig nut als deze niet gekweekt kan worden en de geproduceerde biologica niet kunnen worden gezuiverd”, merkt Kober op. Daarom beperkt UGA Biopharma zich niet alleen tot de optimalisatie van het productieproces in bioreactoren. Daarnaast wordt ook het passende zuiveringsproces ontwikkeld en wordt de werkzaamheid van de gezuiverde biologica getest met verschillende bindingstests en in cellulaire modellen. Indien nodig wordt een geoptimaliseerd voedingsmedium aangeboden dat aansluit bij de ontwikkelde cellijnen en het productieproces. In de regel wordt hiervoor het eigen ontwikkelde kweekmedium First CHOice gebruikt. Met behulp van dit medium en de bijbehorende voedingen kunnen in het uiteindelijke productieproces zowel de behaalde productconcentratie en daarmee de productiekosten (Cost of Goods) als de kwaliteit van de geproduceerde biologica gunstig worden beïnvloed.

Korte ontwikkeltijd als voorwaarde

In totaal duurt het slechts zeven maanden vanaf de ontwikkeling van de “volledige cellijn” inclusief proces tot de levering: vier maanden voor de cellijnontwikkeling en drie maanden voor de bioprocessontwikkeling, de ontwikkeling van het zuiveringsproces en het uitvoeren van de analyses. “Korte ontwikkeltijden zijn in de farmaceutische industrie essentieel omdat de patenten op geneesmiddelen meestal na 20 jaar verlopen”, benadrukt Kober. “In deze tijd moeten zo snel mogelijk alle fasen van de technologische ontwikkeling, diverse klinische studies en het goedkeuringsproces worden doorlopen, omdat na het verlopen van het patent de winstmarges voor de geproduceerde medicijnen meestal aanzienlijk afnemen. Elke maand telt, want korte ontwikkeltijden maken een vroege marktintroductie mogelijk en verzekeren daarmee de winst nog vóór het patent afloopt.”

Na afronding van de ontwikkeling ondersteunt het bedrijf zijn klanten indien nodig ook bij de procesoverdracht naar de productiefaciliteit en staat het bij problemen altijd klaar. “Ons doel is dat alle biologica op hun bestemming in dezelfde kwaliteit kunnen worden geproduceerd als bij ons in het laboratorium. Daarvoor horen niet alleen een stabiele monoklonale cellijn, maar ook het First CHOice-medium, het productie- en zuiveringsproces”, bevestigt Kober.